Un protocolo de recogida y la construcción de Lisímetros testigo del suelo

El objetivo general de este procedimiento es demostrar la recolección, el ensamblaje y el riego de un lisímetro de núcleo de suelo intacto para estudiar la lixiviación de nitrógeno a través de suelos agrícolas no perturbados. Este método está diseñado para responder preguntas sobre nutrientes y otros productos químicos que pueden filtrarse por debajo de la zona de las raíces a las aguas subterráneas poco profundas. La principal ventaja de esta técnica es que es rápida y sencilla.

Hemos descubierto que necesitamos cuatro o cinco réplicas para producir resultados significativos. Aunque en este vídeo nos centramos en la lixiviación de nitratos, el método puede utilizarse para estudiar muchos otros compuestos, como el fósforo, los productos farmacéuticos, las hormonas o metales como el arsénico. Para comenzar, retire la vegetación de la superficie, las rocas y otros desechos del área de recolección.

Coloque dos cuerpos de lisímetro en un terreno nivelado donde se van a tomar los lisímetros. Asegúrese de que los lisímetros estén nivelados, de modo que el suelo dentro de la columna tenga una profundidad uniforme. Coloque un martillo de caída especialmente diseñado y montado en un remolque sobre los cuerpos del lisímetro.

Cuando el martillo de caída esté en su lugar, despliegue estabilizadores accionados hidráulicamente para nivelar la placa de acero con el suelo y la parte superior de los cuerpos del lisímetro. Los estabilizadores también proporcionan estabilidad para el martillo de caída. Izar parcialmente la placa de acero que pesa 1.180 kilogramos en una torre de 3 metros con la ayuda de un cabrestante mecánico.

Suelte la placa de acero para martillar las columnas en el suelo. Repita este paso varias veces, hasta que el borde de la columna esté a 2 cm por encima de la superficie del suelo. Verifique la compactación del suelo dentro del lisímetro midiendo la profundidad del suelo dentro y fuera de la columna.

Si el suelo dentro de la columna es más de 1 cm más bajo que el suelo fuera de la columna, los suelos se compactan y no son adecuados para la investigación. Coloque un disco de madera contrachapada dentro del borde de la columna para evitar la contaminación. Cava una zanja al lado del núcleo del suelo y un poco más profunda que el fondo de la columna con una retroexcavadora.

Ensancha el agujero con una pala o un pico y expone la mayor parte posible del exterior del cilindro. Empuje una barra de excavación de metal pesado hacia abajo a lo largo de toda la longitud del lado de la columna, de modo que quede entre el suelo y la pared exterior de la columna. Haga palanca en la barra de excavación hacia adelante y hacia atrás hasta que se rompa la interfaz del suelo en la parte inferior de la columna y deslice la columna hacia el centro de la zanja.

Enmarque las tijeras de elevación alrededor de la parte superior del lisímetro en preparación para la eliminación del núcleo del suelo. Con una persona sosteniendo cada barra, tire hacia arriba hasta que las tijeras se cierren firmemente alrededor de la columna y levante el lisímetro fuera del agujero. Coloque el lisímetro sobre una superficie de trabajo plana, como una tabla plana.

Después de voltear el núcleo de tierra para que la parte inferior quede hacia arriba, nivele suavemente la tierra incluso con el borde del PVC con un borde recto. Retire las piedras que sobresalgan por encima del plano del borde con una navaja o un destornillador. También afloje la tierra y exponga las texturas naturales de la superficie en ella.

Rellene los huecos con arena de juego químicamente inerte y empáquela suavemente. Nivele la arena incluso con el fondo de la columna con un borde recto y elimine el exceso de arena. A continuación, extruya una gota redonda continua de masilla de silicona transparente alrededor del borde del lisímetro.

La masilla debe ser lo suficientemente gruesa como para sellar la parte inferior del disco perforado con el lisímetro y evitar fugas. Coloque el disco perforado en el borde, con la tela filtrante hacia la arena, y presione firmemente para permitir un buen contacto de la placa y el lisímetro. Luego, taladre ocho orificios piloto espaciados uniformemente alrededor del borde de la placa y sujete el disco perforado con tornillos de acero inoxidable de 1 pulgada y un taladro.

Deslice el acoplamiento de tubo flexible en la base del lisímetro, de modo que unos 2 cm del acoplamiento sobresalgan por encima del borde del lisímetro. Coloque la tapa de PVC modificada en el acoplamiento de tubería flexible y empuje la tapa hacia abajo hasta que haga contacto con el cuerpo del lisímetro. A continuación, coloque las bandas de fijación en las ranuras del acoplamiento y asegúrelas ligeramente sin apretar el acoplamiento.

Apriete las bandas metálicas con un destornillador hexagonal de mano hasta que la tapa del lisímetro se mantenga firmemente en su lugar. El lisímetro está listo para ser volteado y transportado a una instalación climatizada. Para instalar sensores de humedad, primero trace una línea horizontal de 5 cm de largo en la pared del lisímetro a 5 y 25 cm de profundidad.

Mida desde la superficie del suelo y no desde el borde del lisímetro. Taladre un orificio de 1 cm de diámetro a través de la pared del lisímetro en cada extremo de las líneas marcadas. Corta los 3 cm restantes de plástico entre los agujeros perforados con una herramienta de corte rotativa.

A continuación, cincele una hendidura de 1 cm de grosor por 5 cm de largo en el suelo para acomodar la carcasa de un sensor de humedad. Empuje el sensor de humedad en el orificio, en la ranura limpia, hasta que las puntas del sensor estén firmemente enterradas en el suelo y solo sobresalga el cable del lisímetro. Limpie la tierra de las paredes de la ranura con un cepillo o trapo.

Aplique una gota gruesa de masilla de silicona en la ranura para evitar que el agua se escape. Después de que la masilla se haya secado, aplique un segundo ciclo de silicona para asegurarse de que todos los espacios en el orificio que rodea el sensor estén sellados. Selle los espacios entre el suelo y la pared del lisímetro con masilla para reducir el riesgo de flujo preferencial por las paredes interiores del lisímetro.

Primero, perfore y cargue un tubo de masilla de silicona transparente en una pistola de calafateo estándar. Coloque la punta del tubo de calafateo entre el vacío en el suelo que se va a rellenar y la cara interior del cuerpo del lisímetro. A continuación, empuje la punta de la pistola de calafateo por debajo de la tierra unos 2 cm.

Exprime la masilla del tubo hasta que llene el vacío y rezuma por encima de la superficie del suelo. Después de verificar que el núcleo del suelo esté nivelado como se describe en el protocolo de texto, envuelva con cinta de teflón el accesorio de tubo de nailon roscado y gire el accesorio en el sentido de las agujas del reloj en la tapa. Apriete el accesorio con una llave ajustable hasta que no se vea ninguna de las roscas.

Empuje una manguera de 0,5 pulgadas en el extremo de púas del accesorio de nailon y corte la manguera de modo que pase aproximadamente 4 cm en la boca de la jarra de recolección. Coloque el recipiente debajo del lisímetro y coloque la manguera dentro de la jarra de recolección. Cubra la superficie del suelo con una gasa u otra malla químicamente inerte, como un mosquitero, para proteger y preservar los agregados del suelo y los residuos de la superficie.

Mida 1.450 ml de agua de lluvia simulada en un cilindro graduado y viértala en una regadera equipada con un cabezal de ducha. Rocíe suave y uniformemente el agua sobre la mosquitera de la ventana a un ritmo que no moleste la superficie del suelo. Después de esperar un período de tiempo para que el agua se infiltre y se filtre a través de la columna de suelo hacia la tapa y el recipiente de recolección, incline el lisímetro hacia el orificio de salida hasta que toda el agua se drene de la tapa del depósito del lisímetro al recipiente de recolección.

Mida la masa de lixiviado recolectado con una báscula y convierta la masa en gramos a mililitros. Vierta la muestra de lixiviado en un frasco de muestra de plástico estéril de 350 ml. Filtre inmediatamente 50 ml con un embudo de succión equipado con papel de filtro de 0,45 micras en preparación para el análisis de nitratos utilizando imágenes en color a través del análisis de inyección de flujo.

Aquí se muestran los resultados representativos de los experimentos de irrigación y lixiviación. Las profundidades medias semanales de lixiviados oscilaron entre 1,12 y 1,95 cm para los cuatro suelos. La recuperación de lixiviados expresa el porcentaje de agua de riego aplicada, siguiendo una tendencia general relacionada con la textura del suelo, siendo las recuperaciones de los suelos arenosos de Evesboro y Sasafrás ligeramente más eficientes que las de los suelos de Bojac y Quindocqua de textura más fina.

Esta figura muestra que los cambios en el contenido de agua del suelo a 5 cm y 25 cm de profundidad, después del riego, demuestran diferencias en la transmisión de agua entre suelos de textura más gruesa y más fina. Los perfiles de humedad indican un movimiento rápido del agua de riego a través de los suelos de arena de Evesboro y franco arenoso de Sasafrás de textura más gruesa. Esta figura muestra el cambio en la concentración de nitrato antes y después de la aplicación de la cama para aves de corral.

Las concentraciones de nitrato en los lixiviados aumentaron después de la aplicación de la hojarasca, pero siguieron diferentes patrones temporales entre los suelos. Las diferencias en la pérdida de masa de nitrato de lixiviado reflejan no solo las tendencias en las concentraciones de nitrato en los lixiviados, sino también las diferencias en las profundidades de los lixiviados. Para evaluar el papel de la aplicación de cama de aves de corral y el volumen de lixiviados en el flujo de nitratos, los flujos de nitrato del suelo anteriores a la aplicación de la cama se restaron de los flujos semanales posteriores.

Al intentar este procedimiento, es importante estar seguro. Siempre use protección auditiva mientras opera los taladros o el martillo de caída. Por seguridad, nunca trabaje debajo del martillo de caída.

Esté atento a otras personas en el área cuando esté operando el martillo de caída y mantenga una distancia segura del martillo de caída cuando esté operando. Después de ver este video, debería tener una buena idea de cómo recolectar un núcleo de suelo intacto, construir un lisímetro, instalar sensores de humedad del suelo, llevar a cabo el riego y recolectar lixiviados.